机械手运行控制系统设计

第一篇：机械手运行控制系统设计

机电系毕业设计任务书

（二）指导教师：张国同

一、设计题目机械手运行控制系统设计

（二）二、设计目标

1）掌握机械手动作流程。

2）以PLC为系统控制核心

3）掌握正确选择PLC的方法

4）掌握电气控制元件的选择与计算方法。

3）掌握液压元件选择与应用。

三、设计内容

机械手由液压元件驱动，左，右运行采用双伸出杆液压缸。机械手的基本动作： 机械手原位→下降→抓物→上升→右行→下降→放物→上升→左行→到原位结束。

1）选择正确的电气控制器件

2）选择正确的液压元件（包括液压泵和电机型号）。

3）有各步的工作状态指示。

4）有必要的电、液保护和联锁。

5）绘制电气控制原理图和液压原理图。

6）绘制元件安装布置图。

7）绘制接线图、控制方框图、控制流程图。

四、毕业设计说明书格式要求（15000字以上）。以机电系毕业设计要求为准。

1）设计题目

2）控制原理说明设计方案论证

3）主要器件选择依据与计算

4）元件明细表

5）设计总结及改进意见

6）主要参考资料

五、参考文献

工厂电气控制技术机械工业出版社 主编方承远

工厂电气控制设备机械工业出版社 主编许廖

机床电气控制技术机械工业出版社 主编王炳实

可编程序控制器的应用技术机械工业出版社 主编 王兆义

可编程序控制器的原理及程序设计电子工业出版社 主编崔亚军

第二篇：基于plc机械手控制系统的设计

基于plc机械手控制系统的工程设计 课题背景及研究意义

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器（PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。机械手

2.1 机械手介绍

Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2.2机械手的分类

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用 机械手有2~3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

2.3机械手的特点

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5.宇宙及海洋的开发。

6.军事工程及生物医学方面的研究和试验。

2.4 机械手的构成

机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1.执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2.传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制 机械手控制方式的选择

3.1 控制方式的分类

传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

(1)仅适合于简单的逻辑控制；

(2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；

(3)没有改动和优化的可能性。伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

(1)硬件上至少有一个微处理器；

(2)通过软件实现控制思想。

目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

(1)可编程序逻辑控制器（PLC）；

(2)工业控制计算机（IPC）；

(3)集散控制系统（DCS）。

3.2 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较及选型

1.各自技术发展的起源

计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2.相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

3.不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。

本章小结

本章主要介绍了机械手的来源、研究背景及研究意义，机械手的分类、特点。由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性 能可靠。机械手的控制方式可以有多种，本文主要研究通过PLC来控制机械手。

第三篇：搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

摘 要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1

第四篇：关于研发机械手编程控制系统申请报告

关于研发机械手编程控制系统

申请报告

编制：

日期：2011年6月8日星期三

目 录

前 言

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 机械手是模仿人的手部和臂的某些动作功能，按固定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运物件和操作工具的自动装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人们劳动强度，甚至危及生命。机械手就是在这种条件下诞生的，机械手是工业机器人系统中的传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业。机械手虽然目前还不如然手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳支，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此获得日益广泛的应用。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。在现代生产过程中，机械手被广泛的动用于自动生产线中，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

结 论

研发设计机械手主要应用于机床加工生产，货物、工具调运等生产场合。机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，不但提高了劳动生产率，还保证了工件的质量，并降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。

可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性，可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。可以有效地提高编程控制系统的抗干扰能力，并可进行精确的控制，取得了良好的效果。

随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，在PLC控制的过程中，还有许多问题需要解决，PLC在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。

综上所述，研发机械手编程控制系统是必然趋势,为实现目标研发项目势在必行，请求给予批准研发为盼。

商祺！

第五篇：基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

首先分析了搬运机械手控制系统的要求，然后进行了可编程控制器I / O点的分配、编写了PLC控制程序、绘制了原理图;同时，实现了PLC与上位计算机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计和动画连接的建立等;最后运行系统并调试成功。本设计利用工控组态软件实现对搬运机械手的运行过程进行监控和管理，这对提高生产过程的自动化控制水平有着重大的意义。

引言

随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，流水生产线已基本普及，人工搬运或包装货物和产品不仅耗时费力，而且在环境恶劣、无法作业的条件下依然动用人工去作业已然不太现实。因此，传统的工作方式必然不能适应我国社会主义市场经济的快速发展，自动化生产模式则应运而生，而机械手自动化控制的研究与应用对实现自动化生产有着巨大的意义。

利用PLC 控制实现机械手的精准、快速地进行货物的搬运、移动、打包和分拣等繁琐或有害人体的工作，劳动强度得以大大减轻，生产的自动化程度也得到大幅度提高，并且机械手完全可以代替人工在环境恶劣、工人无法作业或有特殊要求的场合完成既定的工作任务。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的机电一体化自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。系统的控制要求

搬运机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。其结构示意图如图1 所示。

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图1 搬运机械手示意图

机械手转盘部分由直流电机驱动，升降和伸缩部分由步进电机驱动，夹紧部分由气泵和电磁阀控制。

机械手的工作过程为: 从原点开始，按下启动按钮，系统初始化，气夹正转，到位后机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止，同时机械手夹紧;夹紧后机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;基座正转，到位后机械手右移，右移到位时，碰到右限位开关，右移停止;机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止;同时气夹电磁阀断电，机械手放松，放松后，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;机械手开始左移，左移到位时，碰到左限位开关，左移停止，基座反转，到位后回到原点位置。至此，机械手经过12 步动作完成了1 个动作周期。系统的PLC 控制部分设计

2．1 PLC 输入输出点分配

2．1．1 控制系统输入输出

控制系统输入输出分配如表1 和表2 所示。

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表1 可编程序控制器(PLC)输入点

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表2 可编程序控制器(PLC)输出点

2．1．2 PLC 外部接线图的设计

PLC 外部接线图如图2 所示;气夹电机接线图如图3 所示;基座电机接线图如图4 所示

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图2 PLC 外部接线图 点击图片查看大图

图3 气夹电机接线图 点击图片查看大图

图4 基座电机接线图

2．2 系统的顺序功能图

系统的顺序功能图如图5 所示

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图5 系统的顺序功能图 组态部分的设计

在本设计中，交通信号灯监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6． 5 组态王软件。

3．1 定义I /O 设备

首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，弹出串口设置对话框，如图6 所示。

要用www.xiexiebang.com组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC 的通讯参数设置保持一致。由于本系统是PLC 与组态王间进行通讯，因此将PLC 的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。

在本设计中采用的是三菱FX 系列可编程控制器，当使用RS232 与上位机相连时，PLC 与组态王连接的I /O 设备的缺省与推荐设置如表3 所示。按照表3 中给定参数设置串口设置对话框

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图6 串口设置对话框

表3 I /O 设备的通讯参数

然后选择工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC 三菱FX2 系列产品中“编程口”，如图7 所示。

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图7 设备配置向导对话框

单击“下一步”，为外部设备取一个名称，输入“PLC”，再单击“下一步”，为设备选择连接串口;假设为COM1，单击“下一步”，填写设备地址为“1”，单击“下一步”，设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导—信息纵览”。请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。

3．2 构造数据库

要在组态王中知道外部设备的状态，以及能够输出控制信号到机械手，需要建立相应的变量。建立完成的数据库如图8 所示。

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图8 构造好的组态王数据库

然后是动画连接，接着是脚本程序的编写。

3．3 脚本程序的编写

1)事件命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“事件命令语言”，在右侧双击新建图标，则出现“事件命令语言”对话框，在“事件描述”中输入“停止按钮= = 1”，在“发生时”语言编辑区域输入: 停止标志= 1;运行标志= 0;∥本站点 复位按钮= 0;∥本站点 启动按钮= 0;单击右下方的“确认”按钮，则完成第一段事件命令语言的编写。

类似可编写“复位按钮”“下降”“启动按钮”“横轴回缩”的事件命令语言。2)应用程序命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“应用程序命令语言”，双击右侧图标，则出现“应用程序命令语言”对话框，在这里编写机械手动画的主要控制程序。在“运行时”栏里输入: if(运行标志= = 1){ if(次数＞ = 0＆＆ 次数＜ 50＆＆ 下降= = 1){ 机械手y = 机械手y + 2;次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 50＆＆ 次数＜ 60＆＆ 气夹电磁阀 = = 1){ 次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 60＆＆ 次数＜ 110＆＆ 上升= =1)3．4 运行和调试

进入组态王运行系统。显示出组态王运行系统画面(如图9 所示)，达到了预期的目标。

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图9 搬运机械手的组态界面 结论

设计综合了计算机和PLC 的长处: 计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC 作为下位机执行可靠有效的分散控制。监控系统不仅可以接受多种由PLC 发出的控制信号，亦可向PLC 发出各种命令信号，还可以与PLC 之间进行各种状态数据的传输。基于组态王的搬运机械手的PLC 控制系统的设计正确，实现了搬运机械手的自动控制，加强了远程监控的能力，提高了控制系统的准确性和稳定性。